水资源的利用
【学习目标】
1、通过学习天然水的净化和污水处理的几种方法,知道化学在水处理中的应用;
2、了解海水的综合利用,从中认识和体会化学科学发展对自然资源开发、利用的重要意义。
【巩固练习】
一、选择题
1.下列净化水的操作过程中,一定发生化学变化过程的是(
)
A.沉淀
B.消毒
C.过滤
D.蒸发
2.暂时硬水和永久硬水的主要区别在于(
)
A.含Ca2+、Mg2+的多少
B.含Cl-、SO42-的多少
C.含HCO3-还是SO42-、Cl-
D.含HCO3-的多少
3.(2019
北京海淀)下列说法正确的是(
)
A.软水中一定不含Ca2+、Mg2+
B.硬水经煮沸后就一定会变为软水
C.水垢的主要成分是碳酸钙和氢氧化镁
D.经磺化煤处理过的水是不含离子的超净水
4.要使同时含有Ca2+、Mg2+的永久硬水软化,正确的方法是(
)
A.只需加纯碱
B.先加石灰,后加纯碱
C.先加纯碱,后加石灰
D.将适量的纯碱和石灰混合后加入水中
5.电解饱和食盐水前,应除去粗盐中含有的MgCl2、CaSO4等杂质,其目的是(
)
A.防止它们与Cl2反应,消耗了Cl2
B.防止它们与H2反应,消耗了H2
C.防止它们与NaOH反应,产物覆盖电极,影响电解
D.防止析出金属镁和钙
6.在电解食盐水之前,需要提纯食盐水。为了除去粗盐中的Ca2+、Mg2+、SO42-及泥沙,可将粗盐溶于水,然后进行下列五项操作,正确的操作顺序是(
)
①过滤;②加过量的NaOH溶液;③加适量的盐酸;④加过量的碳酸钠溶液;⑤加过量的氯化钡溶液。
A.①④②⑤③
B.④①②⑤③
C.②⑤④①③
D.⑤②④③①
7.在盛有饱和碳酸钠溶液的烧杯中插入惰性电极,保持温度不变,通电一段时间后,下列说法正确的是(
)
A.溶液的pH增大
B.Na+和CO32-的浓度减小
C.溶液的浓度增大
D.溶液的浓度不变
8.(2019
南京检测)海水是镁的主要来源之一。从海水中提取镁可按如下步骤进行:①把贝壳制成石灰乳;②在引入的海水中加入石灰乳,沉降、洗涤、过滤沉淀物;③将沉淀物与盐酸反应,结晶、过滤、干燥产物;④电解得到产物。下列关于提取镁的说法中,不正确的是(
)。
A.此法的优点之一是原料取自大海
B.进行①②③步骤的目的是富集MgCl2
C.可用电解熔融氧化镁的方法制取镁
D.电解法冶炼金属要消耗大量的电能
9.从溴水中提取溴的操作方法是(
)
A.过滤、蒸发
B.萃取、蒸发
C.萃取、分液、过滤
D.萃取、分液、蒸馏
10.向含有20.6
g
NaBr的溶液中通入Cl2后,将溶液蒸干,得固体16.15
g,则下列说法正确的是(
)
A.NaBr全部转化为NaCl
B.40%的Br―被氧化
C.Br―未被氧化
D.16.15
g固体由NaCl和NaBr组成
11.有W、X、Y三种气体是Cl2、HCl、HBr,但不知分别是哪种;已知W、X混合后无反应,则正确的判断是(
)
A.Y肯定不是HCl
B.W、X不能确定
C.Y可能是HCl
D.Y不是Cl2,也不是HBr
12.工业上利用碘硫化学循环法制备某能源的原理如图所示,下列有关说法正确的是(
)
A.该化学循环是为了制备某种能源气体,该气体的化学式是O2
B.反应①的化学方程为:SO2+I2+2H2O=H2SO4+2HI
C.该循环中只有SO2可以多次重复使用
D.该循环可以在碱性环境中进行
二、填空题
1.水中的NO2-是含氮有机物分解的产物,其浓度的大小是水源污染的标志之一。检测水中的NO2-可用比色法,其步骤是:
①配制标准溶液:称取0.30
g
NaNO3,溶于水后在容量瓶中稀释至1
L得溶液A,移取5
mL溶液A,稀释至1
L,得溶液B。
②配制标准色阶:取6只规格为10
mL,的比色管(即质地、大小、厚薄相同且具塞的平底试管),分别加入体积不等的溶液B(见下表),并稀释至10
mL,再加入少许(约0.3
g)氨基苯磺酸(
)粉末,反应后溶液由无色变为由浅到深的樱桃红色。
色阶序号
1
2
3
4
5
6
加入溶液B的体积/mL
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
③检测:取10
mL水样倒入比色管中,加少许氨基苯磺酸,显色后与标准色阶对比。
请填写以下空白:
(1)比色法的基本依据是________________。
(2)用NaNO3直接配制溶液B的缺点是________________。
(3)若水样显色后与色阶中的5号颜色相同,则表明水样中含NO2-________mg·L-1。
(4)如果水样显色后比6号还深,应采取的措施是________________。
2.生产高纯度氢氧化钠的离子交换膜电解槽,采用阳离子交换膜把阴极室和阳极室隔开,阳离子交换膜中只允许阳离子通过,而阻止阴离子和气体通过。原料食盐水加入阳极区,未反应完的食盐水从阳极区取出经精制后送回阳极室,从外部加水到阴极室以调节生成的烧碱溶液并取出。
(1)写出电解食盐水的电极反应式。
(2)在离子交换膜电解槽中,只允许Na+通过,它是由阳极室穿过离子膜进入阴极室吗?试加以解释。
(3)得到的固体烧碱中杂质NaCl的含量极低,试解释其原因。
(4)离子交换膜法对食盐水的纯度要求极高,要求高浓度的食盐水中所含钙、镁等金属离子的总量极低。试解释其原因。
3.(2019
长沙模拟)水是一种重要的自然资源,是人类赖以生存不可缺少的物质。水质优劣直接影响人体健康。请回答下列问题:
(1)天然水在净化处理过程中加入的混凝剂可以是________。
(2)水的净化与软化的区别是________。
(3)硬度为1°的水是指每升水含10
mg
CaO或与之相当的物质(如7.1
mg
MgO)。若某天然水中c(Ca2+)=1.2×10-3
mol·L-1,c(Mg2+)=6×10-4
mol·L-1,则此水的硬度为________;
(4)若(3)中的天然水还含有c(HCO3-)=8×10-4
mol·L-1,现要软化10
m3这种天然水,则需先加入Ca(OH)2________g,后加入Na2CO3________g。
4.某光卤石(KCl·MgCl2·6H2O)样品中含有不跟NaOH溶液、盐酸的可溶性杂质。某校化学课外活动研究小组欲测定此样品中含KCl·MgCl2·6H2O的质量分数。现进行了如下表所示的实验。请回答下列问题:
(1)填充表中的内容:
序号
实验操作
①
称取a
g样品,放入锥形瓶中,加适量水溶解
②
③
过滤并冲洗沉淀2~3次,收集滤液及洗液于另一锥形瓶
④
向锥形瓶中滴加2滴酚酞溶液
⑤
用c
mol·L―1的HCl溶液滴定过量的NaOH至终点,消耗HCl溶液V2
mL
(2)在步骤③中如何洗涤沉淀?________________________。
(3)样品中含KCl·MgCl2·6H2O(相对分子质量为277.5)的质量分数表达式:________。
【参考答案与解析】
一、选择题
1.B
【解析】消毒是利用了消毒剂的强氧化性
2.C
【解析】暂时硬水的硬度由碳酸氢钙或碳酸氢镁所引起,而永久硬水的硬度由钙和镁的硫酸盐或氯化物等所引起的
3.C
【解析】硬水与软水的区分是Ca2+、Mg2+含量的多与少,不是有与没有,故A不正确;当然不含Ca2+、Mg2+的水一定是软水,煮沸的方法是通过Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2的分解以及MgCO3转变为Mg(OH)2的过程,故C正确;煮沸能使暂时硬度较高的硬水中的Ca2+、Mg2+浓度降低,但不一定能降低到软水中Ca2+、Mg2+的含量标准,更何况有的硬水中的硬度很高是由于永久硬度造成的,故B不正确;磺化煤只能交换阳离子,水中还含有多种阴离子和交换出的大量Na+,故D不正确。
4.B
【解析】A不正确,只加纯碱时,Mg2+不能完全除去,因为生成的MgCO3是微溶物。B正确,先加石灰,可以将Mg2+除去,再加纯碱可以将Ca2+除去。这就是我们常说的石灰纯碱法。C不正确,先加纯碱,可以除去硬水中的Ca2+,再加石灰,可以除去Mg2+,但是此时又向水中引入了新的Ca2+。D不可以,石灰和纯碱混合将发生反应:Ca(OH)2+Na2CO3==2NaOH+CaCO3↓
5.C
【解析】Mg(OH)2、Ca(OH)2溶解度不大
6.C
【解析】Na2CO3溶液一定要在BaCl2溶液后加入,盐酸一定要在Na2CO3溶液后加入
7.D
【解析】用惰性电极电解饱和碳酸钠溶液实质是电解水,由于溶液是饱和的,所以pH不变,各离子的浓度不变,溶液的浓度不变
8.C
【解析】有关反应方程式:CaCO3CaO+CO2,CaO+H2O==Ca(OH)2,MgCl2+Ca(OH)2==CaCl2+Mg(OH)2↓,Mg(OH)2+2HCl==MgCl2+2H2O,MgCl2
(熔融)Mg+Cl2↑。工业上由于MgO的熔点太高,耗能太大,不采用电解MgO,而用电解熔点较低的MgCl2的方法制镁。
9.D
10.D
【解析】采用差量法进行求解,设反应的溴化钠为x:
2NaBr+Cl2==2NaCl+Br2
Δm
206
117
89
x
20.6
g―16.15
g=4.45
g
所以溴化钠只有一半转化为氯化钠,16.15
g固体由NaCl和NaBr组成
11.AB
【解析】只有Cl2和HBr混合会反应。W、X不能同时为Cl2和HBr
12.B
二、填空题
1.(1)溶液颜色的深浅与浓度的大小成正比
(2)由下面(3)中的计算可知,1
L溶液B中只含NO2-
1
mg,不易称量,直接配制溶液B时误差大
(3)1.20
(4)取多于10
mL的溶液B,另行配制标准色阶,或将水样先稀释数倍后再重复实验。
【解析】若水样显色后与色阶中的5号颜色相同,则表明水样中含NO2-的浓度与5号相同,1
L溶液B中含NO2-的物质的量为:,5号中加了8
mL的B溶液,则其中含有NO2-的量为:,NO2-的浓度为
2.(1)阴极:2H++2e―==H2↑
阳极:2Cl――2e―==Cl2↑
(2)是。电解中阳极区因阴离子Cl―不断消耗而使Na+相对过量,阴极区因水电离产生的H+不断消耗而产生OH―,这样Na+穿过离子膜由阳极区进入阴极室,从而才能维持两极区电解质溶液的电中性。
(3)透过离子膜由阳极室进入阴极室的只有Na+,它和阴极室电解产生的OH―结合成NaOH,阳极区原料食盐水中的Cl―和电解生成的Cl2均较难通过离子交换膜,因此烧碱中的NaCl杂质很少。
(4)不仅Na+能通过阳离子交换膜,Ca2+、Mg2+等金属离子也能通过。当Ca2+、Mg2+通过离子膜到达阴极室时与OH―形成难溶化合物,使离子膜因堵塞而损坏。所以在离子交换膜法中对食盐水的要求极高,要求精制。
3.(1)明矾、硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁(答出任意一种正确试剂均可)
(2)水的净化是用混凝剂(如明矾等)将水中胶体及悬浮物沉淀下来,而水的软化是除去水中的钙离子和镁离子
(3)10°
(4)740
1484
【解析】(1)天然水净化加入的混凝剂必须满足水解可生成胶体粒子。因此加入铝盐或铁盐,如明矾、硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁等。(3)该水的硬度为(1.2×56)/10+(0.6×40)/7.1≈10°。(4)先加入Ca(OH)2的目的是除去Mg2+,同时中和HCO3-,使Ca2+转化为CaCO3沉淀。10
m3水中含有n
(Mg2+)=10×103
L×6×10-4
mol/L=6
mol。n
(HCO3-)=10×103
L×8×10-4
mol/L=8
mol,故共需要加入n[Ca(OH)2]=6
mol+8
mol÷2=10
mol,即需加入Ca(OH)2
740
g;10
m3水中含有n
(Ca2+)=10×103
L×1.2×10-3
mol/L=12
mo1,加入Ca(OH)2引入10
mol
Ca2+,但溶液中原有HCO3-转化为CO3-已经沉淀出8
mol
Ca2+,故还需加入n
(Na2CO3)=12
mol+10
mol-8
mol=14
mol,即14
mol×106
g/mol=1484
g。
4.(1)②加入V1
mL
b
mol·L―1
NaOH溶液(过量)充分反应。
(2)直接在过滤器中用少量蒸馏水洗涤2~3次。
(3)
【解析】测定的流程图可图示为:
6